5.0: Preludio a la unión covalente

Hemos examinado las ideas básicas de unión, mostrando que los átomos comparten electrones para formar moléculas con estructuras estables de Lewis y que podemos predecir las formas de esas moléculas mediante la teoría de repulsión de pares de electrones de capa de valencia (VSEPR). Estas ideas proporcionan un importante punto de partida para comprender la unión química. Pero estos modelos a veces se quedan cortos en sus capacidades para predecir el comportamiento de sustancias reales. ¿Cómo podemos conciliar las geometrías de los orbitales atómicos s, p y d con formas moleculares que muestran ángulos como 120° y 109.5°? Además, sabemos que los electrones y el comportamiento magnético están relacionados a través de campos electromagnéticos. Tanto N ₂ como O ₂ tienen estructuras de Lewis bastante similares que contienen pares solitarios de electrones.

 

Se muestran dos diagramas de Lewis. El diagrama de la izquierda muestra dos átomos de nitrógeno, representados por la letra N conectados por tres líneas y con un par solitario de electrones en cada extremo de la estructura. El diagrama de la derecha muestra dos átomos de oxígeno, representados por la letra O, conectados por dos líneas. Dos pares de electrones rodean cada oxígeno hasta la parte superior y los extremos de la estructura.

Sin embargo, el oxígeno demuestra un comportamiento magnético muy diferente al del nitrógeno. Podemos verter nitrógeno líquido a través de un campo magnético sin interacciones visibles, mientras que el oxígeno líquido es atraído por el imán y flota en el campo magnético. Necesitamos comprender los conceptos adicionales de teoría de enlaces de valencia, hibridación orbital y teoría orbital molecular para comprender estas observaciones.

Figura\(\PageIndex{1}\): Las moléculas de oxígeno se orientan aleatoriamente la mayor parte del tiempo, como se muestra en la vista ampliada superior. Sin embargo, cuando vertimos oxígeno líquido a través de un imán, las moléculas se alinean con el campo magnético, y la atracción les permite permanecer suspendidas entre los polos del imán donde el campo magnético es más fuerte. Otras moléculas diatómicas (como N ₂) fluyen más allá del imán. La explicación detallada de la vinculación descrita en este capítulo nos permite comprender este fenómeno. (crédito: modificación de obra por Jefferson Lab)

Se muestra una jarra vertiendo oxígeno líquido a través del hueco entre dos imanes, donde ha formado un disco sólido. Una caja de llamada cerca de la corriente de oxígeno líquido muestra una imagen de seis pares de esferas, separadas entre sí. Otra caja de llamada cerca del disco sólido muestra diez pares de esferas mucho más cercanas entre sí.